Molekulární regulace během vývoje kraniofaciálních struktur

MDDr. Mgr. Simona Moravcová Balková, Ph.D.

Doctoral thesis

Molecular regulation during craniofacial development

Abstract:

Vývoj kraniofaciální oblasti představuje komplexně řízený proces zahrnující četné genové interakce. Současný výzkum se v této souvislosti zaměřuje zejména na hledání nových potenciálně významných genů, které mohou podmiňovat poruchy formování dočasné nebo trvalé dentice či se podílet na vzniku kraniofaciálních malformací. Odhalení a pochopení změn v signalizační síti, které jsou jejich podkladem, může vést v budoucnosti k časnější a přesnější diagnostice a zejména pak k cílené prevenci jejich vzniku a případné terapii. Vzhledem k obtížnosti až nemožnosti využívat ke studiu této problematiky lidský model, jsou intenzivně využívány zvířecí modely. Všestranně nejlépe prostudovaným organismem je laboratorní myš, nicméně značné omezení představuje fakt, že tento druh má pouze jednu generaci zubů. Z tohoto důvodu se pro studium vývoje náhradní dentice využívá zejména prase domácí, jehož morfologické a fyziologické parametry jsou člověku velmi blízké. Pro studium obecných principů embryonálního vývoje je v poslední době často využívaným druhem kur domácí díky možnosti snadné manipulace s embryem vyvíjejícím se ve vejci mimo tělo matky. V této práci jsme ke studiu jednotlivých vývojových procesů použili různé modelové organizmy, a to jak s využitím klasických histologických metod, tak expresní analýzy pomocí „in situ hybridizace“ či microarray čipů. V první fázi jsme analyzovali expresi genů v rostrální a kaudální oblasti mandibuly myši s cílem identifikovat nové kandidátní geny podílející se na modelování čelistí. Dále jsme se zaměřili na zjištění expresního profilu a funkce transkripčního faktoru c-Myb, který se exprimuje jak v nediferencovaných buňkách, tak i v diferencovaných odontoblastech a ameloblastech, což naznačuje jeho další možnou, prozatím neznámou, funkci. V případě difyodontní dentice prasete jsme následně analyzovali expresi klíčových genů Bmp4 a Msx2 podílejících se na formování čelisti a dentice. Dále jsme se zaměřili na popis vývoje zubů a specifického spojení zub-kost u chameleona jemenského s monofyodontním typem dentice, který představuje vhodný model pro studium vzniku ankylózy. Pozornost byla také věnována studiu exprese genu Evi-1 během vývoje maxilofaciální oblasti. Závěrem lze shrnout, že jsme nově identifikovali některé kandidátní geny účastnící se modelování čelistí a zubů. Dále jsme analyzovali expresi genů, které dosud nebyly u vybraných modelových organismů známy a rovněž jsme popsali vznik akrodontní ankylózy. Tyto nové poznatky rozšiřují spektrum znalostí týkajících se vývojových procesů a signalizace během formování kraniofaciálních struktur. Mohou rovněž přispět k objasnění etiologie některých patologických procesů souvisejících s vývojem a formováním čelistí a zubů u člověka a zejména pak k prevenci jejich vzniku.

Abstract:

Craniofacial development is a compound process, which is directed by complex network of gene interactions. Current research is focused on the identification of new essential genes that can cause the failure of temporary or permanent teeth initiation or can result into craniofacial malformation formation. The understanding of alterations in signaling network will lead to more frequent and precise diagnostic as well as treatments in future. There are many difficulties or even impossibilities to study developmental processes in human, therefore animal models are intensively used. The best studied organism is a mouse, nevertheless this species forms only one generation of tooth. Therefore, a pig is recently used for analysis of replacement tooth formation as its dentition closely resemble that in human. Furthermore, chicken embryos are used in case of experimental research because of easy access to embryo in the egg. Here, we applied different models to analyze developmental processes in the craniofacial area while using histological methods, gene expression analysis by “in situ” hybridization and whole genome analysis with microarray chip. First, we identified a new candidate genes participating in the jaw patterning using microarray analysis of gene expression in the rostral and caudal part of mouse mandible. Then, we focused on expression and function description of transcriptional factor c-Myb. This gene is expressed in undifferentiated cells and surprisingly also in post-mitotic odontoblasts and ameloblasts, which suggests its new unknown role during cell differentiation. In diphyodont dentition of pig, we analyzed the expression of Bmp4 and Msx2, key genes participating in the jaw and teeth patterning. Further, we focused on the characterization of teeth development and specific tooth-bone attachment in chameleon that represents a model organism for ankylose formation. Finally, we described expression the of Evi-1 during maxillofacial development. In summary, we identified several new candidate genes participating in jaw and teeth patterning. Moreover, we analyzed the gene expression not previously known in selected model organisms and we described acrodont ankylose formation. Our new findings expand the knowledge of developmental processes during the formation of the craniofacial area, which potentially can reveal pathological processes participating in human jaw and teeth malformations.

Keywords

vývoj kraniofaciální oblasti, Evi-1, kur, chameleon, Bmp4, Msx2, regionalizace čelisti

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 10. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 26. 11. 2014
• Supervisor: prof. MUDr. Lydie Izakovičová Hollá, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Dentistry (4-years) / Dentistry